DE102008036955A1 - Verbindungsstück zwischen einem Spaltrohr und einem Kühlrohr sowie ein Verfahren zum Verbinden eines Spaltrohres mit einem Kühlrohr - Google Patents

Verbindungsstück zwischen einem Spaltrohr und einem Kühlrohr sowie ein Verfahren zum Verbinden eines Spaltrohres mit einem Kühlrohr Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verbindungsstück zwischen einem Spaltrohr (1) eines Spaltofens und einem Kühlrohr (2) eines Spaltgaskühlers. Dabei ist das Kühlrohr (2) als Doppelrohr mit einem in der Verlängerung des Spaltrohres (1) angeordneten Innenrohr (3) und einem das Innenrohr (3) unter Bildung eines Kühlzwischenraumes (5) umschließenden Außenrohr (4) ausgebildet. Der Kühlzwischenraum (5) ist mit einer Zuführungskammer (6) zur Zuführung eines Kühlmediums verbunden. Weiterhin ist mit dem Spaltrohr (1) ein Übergangsstück (14) verbunden, dessen Endabschnitt gabelförmig ausgebildet ist und einen Innenabschnitt (15) und einen Außenabschnitt (16) aufweist, zwischen denen eine Schicht aus einem wärmeisolierenden Material (17) eingebracht ist. Die Zuführungskammer (6) ist mit dem Übergangsstück (14) als eine Einheit ausgebildet. Die Einheit ist vorgefertigt und schließt Halbschalen (18, 19) ein. In die Zuführungskammer (6) ist ein Innenrohrabschnitt (13) eingeschweißt, der aus der Zuführungskammer (6) herausragt und mit dem Innenabschnitt (15) des Übergangsstückes (14) fluchtet. Ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Verbindungsstücks ist angegeben.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verbindungsstück zwischen einem Spaltrohr eines Spaltofens und einem Kühlrohr eines Spaltgaskühlers mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Anspruches 1 sowie ein Verfahren zum Verbinden eines Spaltrohres eines Spaltofens und mit einem Kühlrohr eines Spaltgaskühlers.
  • Die Pyrolyse- oder Ethylen-Spaltöfen bilden innerhalb der Ethylenanlage das Schlüsselelement zur Herstellung der Grundstoffe Ethylen, Propylen, Butadien, etc. für die Kunststoff-Industrie.
  • Als Ausgangsstoffe werden gesättigte Kohlenwasserstoffe, hauptsächlich Ethan, Propan, Butan, LNG, Naphtha und Gasöl verwendet. Die Umwandlung der gesättigten in die ungesättigten Kohlenwasserstoffe findet in Spaltrohren statt, bei Eintrittstemperaturen von 500–680°C und Austrittstemperaturen von 775–875°C und in einem Druckbereich von 1,5–5 bar.
  • In nachgeschalteten Spaltgaskühlern am Ofenaustritt werden die ungesättigten Kohlenwasserstoffe (auch Spaltgase genannt) von 775–875°C unter Bildung von Hoch- oder Niederdruckdampf auf etwa 350–450°C abgekühlt. Das ”Kühlwasser” weist hierbei Siedetemperatur bei einem entsprechendem Druck auf. Die Kühlung findet aufgrund des Phasenüberganges von flüssig nach dampfförmig statt.
  • Der Spaltgaskühler besteht aus einem oder mehreren Doppelrohren, wobei sich im Innenrohr das abzukühlende Spaltgas befindet und im Außenrohr, also um das Innenrohr herum, das Kühlwasser. Das Spaltgas kann je nach Ofentyp Von unten in den Spaltgaskühler eintreten und nach oben strömen oder von oben eintreten und nach unten strömen.
  • Das gekühlte Doppelrohr des Spaltgaskühlers ist mit einem besonderen Übergangstück mit dem aus dem Spaltofen herausragenden Spaltrohr verbunden. Dieses Übergangsstück wird entweder mit Dampf gekühlt oder als ungekühltes Bauteil ausgelegt, welches mit wärmeisolierendem Material gefüllt ist. Ein solches ungekühltes Übergangsstück ist aus der DE 39 10 630 C3 bekannt und besteht aus einem erweiterten, gabelförmig ausgebildete Rohrende mit einem Innenabschnitt und einem Außenabschnitt. Der zwischen beiden Abschnitten vorhandene Raum ist mit einem wärmeisolierenden Material gefüllt. Lediglich der Außenabschnitt des Übergangsstückes ist mit dem Spaltgaskühler verbunden, während zwischen dem Innenabschnitt des Übergangsstückes und dem Kühlrohr des Spaltgaskühlers ein Spiel in radialer und axialer Richtung eingehalten ist.
  • Das aus DE 39 10 630 C3 bekannte ungekühlte Übergangsstück weist gegenüber dem gekühlten Übergangsstück den Vorteil auf, dass an der Verbindungsstelle die Wandtemperaturen nahezu gleich sind, so dass thermische Spannungen vermieden werden. Trotz dieses deutlichen Vorteils sind in älteren Spaltgasanlagen gekühlte Übergangsstücke noch im Einsatz. Es besteht ein Bedarf, in den vorhandenen Spaltgasanlagen die vorhandenen gekühlten Übergangsstücke durch ungekühlte Übergangsstücke zu ersetzen.
  • Aus der EP 718 579 B1 und EP 810 414 B1 ist ein Einzelrohr-Wärmetauscher zur Kühlung von Spaltgas bekannt, der mit einer besonderen Zuführungskammer für das Kühlmedium versehen ist. Die Zuführungskammer besteht aus einzelnen miteinander verbundenen Abschnitten eines massiven streifenförmigen Stückes, in die jeweils eine einzige, das Innenrohr umgebende Vertiefung eingebracht ist. Das Innenrohr des als Doppelrohr ausgebildeten Kühlrohres ist in den Boden der Zuführungskammer eingeschweißt, während das Außenrohr des Doppelrohres an den außerhalb der Vertiefung liegenden Teil der Zuführungskammer angeschweißt ist. Die Verbindung zu dem Spaltofen erfolgt auch bei diesem Wärmetauscher über ein ungekühltes, wärmeisolierendes Material enthaltendes und mit einer gabelförmigen Erweiterung versehenes Übergangsstück. Bei diesem Wärmetauscher lässt sich jedes Kühlrohr einzeln und gezielt ansteuern, und die Zuführungskammer ist in sich steif genug, um ohne zusätzliche Verstärkungen dem hohen Druck des Kühlmediums standzuhalten. Eine tangentiale Zuführung des Kühlmittels erzeugt eine rotierende Kühlmittelströmung, die für eine gute Kühlung des Bodens der Zuführungskammer sorgt und einer unerwünschte Ablagerung von Partikeln aus dem Kühlmedium entgegenwirkt.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verbindungsstück hoher Präzision zu schaffen, das nachträglich in bestehende Anlagen vor Ort mit verringertem Aufwand zwischen einem ungekühlten Spaltrohr eines Spaltofens und einem gekühlten Rohr eines Spaltgaskühlers eingesetzt werden kann.
  • Die Aufgabe wird bei einem gattungsgemäßen Verbindungsstück erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 gelöst. Ein Verfahren unter Verwendung des erfindungsgemäßen Verbindungsstückes ist Gegenstand des Anspruches 4. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
  • Das erfindungsgemäße zweiteilige Verbindungsstück stellt einen Reparatursatz dar. Die vorgefertigte Einheit enthält außer der Zuführungskammer bereits das Übergangsstück, so dass die kritische, weil hochbelastete Schweißnaht zwischen der Zuführungskammer und dem Übergangsstück mit einer Automatenschweißung in der Werkstatt mit höchster Qualität und Präzision ausgeführt wird. Die Schweißungen vor Ort in der Anlage wie die Verbindung der Halbschalen miteinander und an dem Innenrohr und Außenrohr des Kühlrohres sowie die Verbindung des Übergangsstückes an dem Spaltrohr können als einfachere Handschweißungen ausgeführt werden.
  • Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im Folgenden näher erläutert. Es zeigen:
  • 1 den Längsschnitt durch ein Verbindungsstück zwischen Spaltrohr und Spaltgaskühler,
  • 2 den Schnitt II-II nach 1 und
  • 3 den Schnitt III-III nach 1.
  • In der 1 ist ein Verbindungsstück zwischen einem ungekühlten Spaltrohr 1 eines nicht dargestellten Spaltofens und einem Kühlrohr 2 eines Spaltgaskühlers gezeigt. Der Spaltgaskühler, von dem nur der für die Erfindung wesentliche Eingangsteil gezeigt ist, enthält mehrere Kühlrohre 2, die als Doppelrohre mit einem Innenrohr 3 und einem Außenrohr 4 ausgebildet sind. Zwischen dem Innenrohr 3 und dem Außenrohr 4 befindet sich ein Kühlzwischenraum 5, der von einem Kühlmedium hohen Druckes durchströmt ist. Das Außenrohr 4 ist in Bezug auf das Innenrohr 3 zurückgesetzt.
  • Der Kühlzwischenraum 5 zwischen dem Innenrohr 3 und dem Außenrohr 4 ist an eine Zuführungskammer 6 zur Zuführung des Kühlmediums angeschlossen. Im einzelnen besteht die Zuführungskammer 6 aus einem massiven, streifenförmigen Stück, das in einzelne Abschnitte 7 aufgeteilt ist, die miteinander formschlüssig verbunden sind.
  • In jedem Abschnitt 7 der Zuführungskammer 6 ist eine im Querschnitt kreisförmige Vertiefung 8 eingearbeitet, der jeweils ein Kühlrohr 2 zugeordnet ist. Die Vertiefung 8 ist so tief in das die Zuführungskammer 6 bildende Stück eingearbeitet, dass ein ringförmiger Boden 9 mit einer für den hohen Innendruck vorbestimmten Restwanddicke verbleibt.
  • In jede Vertiefung 8 mündet in der Höhe des Bodens 9 vorzugsweise tangential eine Bohrung 10 hinein. Die Bohrungen 10 sind jeweils über einen Zuführungsstutzen 11 mit einer nicht gezeigten Zuführungsleitung für das Kühlmedium verbunden. Das Kühlmedium tritt durch die Bohrung 10 mit hoher Geschwindigkeit in die Vertiefung 8 ein und erzeugt eine rotierende Strömung um das Kühlrohr 2. Diese Strömung sorgt für eine gute Kühlung des Bodens 9 der Vertiefung 8 und verhindert eine Ablagerung von Partikeln auf dem Boden 9. Eine solche Ablagerung führt zu einer schädlichen örtlichen Überhitzung.
  • Die Vertiefung 8 ist mit einer weiteren Bohrung 12 versehen, die in Höhe des Bodens 9 nach außen geführt ist. Durch die weitere Bohrung 12 können die Partikel, die sich in der Vertiefung 8 angesammelt haben und mit der Strömung des Kühlmediums rotieren, während des Betriebes des Spaltgaskühlers ausgeschleust werden. Außerdem kann durch die Bohrung 12 die Vertiefung 8 und der Boden 9 mit einem Endoskop von außen inspiziert werden.
  • In den ringförmigen Boden 9 der Zuführungskammer 6 ist ein Innenrohrabschnitt 13 eingeschweißt, dessen Außendurchmesser geringer ist als der Innendurchmesser der Vertiefung 8, so dass innerhalb der Vertiefung 8 ein freier, mit dem Zuführungsstutzen 11 in Verbindung stehender Raum gebildet ist. Der Innendurchmesser, der Außendurchmesser und die Dicke des Innenrohrabschnittes 13 sind den entsprechenden Abmessungen des Innenrohres 3 des Kühlrohres 2 gleich. Der Innenrohrabschnitt 13 ragt aus der Zuführungskammer 6 heraus.
  • Das austrittsseitige Ende eines jeden Spaltrohres 1 ist mit einem Übergangsstück 14 verbunden. Das Übergangsstück 14 ist gabelförmig aufgeweitet und bildet einen in der Verlängerung des Spaltrohres 1 liegenden Innenabschnitt 15 und einen Außenabschnitt 16, die beide an einem Ende miteinander verbunden sind. Der Außenabschnitt 16 des Übergangsstücks 14 ist an die dem Spaltrohr 1 zugewandten Seite der Zuführungskammer 6 angeschweißt. Der Innenabschnitt 15 des Übergangsstücks 14 steht in einem axialen Abstand von ungefähr einigen Millimetern dem Innenrohrabschnitt 13 gegenüber. Der Zwischenraum zwischen dem Innenabschnitt 15 und dem Außenabschnitt 16 des Übergangsstücks 14 ist mit einer Schicht aus einem wärmeisolierenden Material 17 ausgefüllt.
  • Der aus der Zuführungskammer 6 herausragende Teil des Innenrohrabschnittes 13 ist von Halbschalen 18, 19 in einem Abstand umschlossen, der der Weite des Kühlzwischenraumes 5 innerhalb des Kühlrohres 2 entspricht. Zur exakten Einhaltung dieses Abstandes sind auf der Außenseite des Innenrohrabschnittes 13 mindestens zwei Abstandshalter 20 angebracht, deren Höhe der Weite des Kühlzwischenraumes 5 innerhalb des Kühlrohres 2 entspricht.
  • Der Innendurchmesser, der Außendurchmesser und die Dicke der Halbschalen 18, 19 sind den entsprechenden Abmessungen des Außenrohres 4 gleich. Die Halbschalen 18, 19 sind in der Verlängerung des Außenrohres 4 mit diesem sowie miteinander und mit der Zuführungskammer 6 auf deren dem Kühlrohr 2 zugewandten Seite verschweißt. Der Innendurchmesser der Halbschalen 18, 19 entspricht dem Innendurchmesser der Vertiefung 8, wodurch eine Verbindung zwischen der Zuführungskammer 6 und dem Kühlzwischenraum 5 geschaffen ist.
  • Die Halbschalen 18, 19 und die vorgefertigte Einheit umfassend die Zuführungskammer 6 mit dem angeschweißten Übergangsstück 14 und dem eingeschweißten Innenrohrabschnitt 13 bilden zusammen einen Reparatur-Satz („Upgrading Set”), der in eine bestehende Anlage eingesetzt werden kann. Dazu wird in der bestehenden Anlage die Zuführungskammer mit dem alten Übergangsstück entfernt, wobei die Innenrohre 3 und die Außenrohre 4 der Kühlrohre 2 so abgetrennt werden, dass – wie in 1 gezeigt – das Innenrohr 3 aus dem Außenrohr 4 herausragt. Ferner wird das Spaltrohr 1 nahe der Zuführungskammer 6 durchtrennt. Eine weitere Demontage des Spaltgaskühlers ist nicht erforderlich.
  • Die vorgefertigte Einheit umfassend die Zuführungskammer 6 mit dem angeschweißten Übergangsstück 14 und dem eingeschweißten Innenrohrabschnitt 13 wird mit dem Innenrohrabschnitt 13 an das Innenrohr 3 von Hand angeschweißt. Die Halbschalen 18, 19 werden um den aus der Zuführungskammer 6 herausragende Teil des Innenrohrabschnittes 13 angeordnet und miteinander sowie auf der einen Stirnseite mit dem Außenrohr 4 und auf der anderen Stirnseite mit der dem Kühlrohr 2 zugewandten Seite der Zuführungskammer 6 ebenfalls manuell verschweißt. Anschließend wird das Übergangsstück 14 mit dem Spaltrohr 1 von Hand verschweißt.
  • Um die genannten Vorteile der beschriebenen Zuführungskammer 6 und des ungekühlten Übergangsstückes 14 bei einem vorhandenen Spaltgaskühler nutzen zu können, ist es nicht erforderlich, den Spaltgaskühler zu demontieren und einen entsprechend ausgerüsteten, neuen Spaltgaskühler zu montieren. Es wird lediglich bei dem vorhandenen und umzustellenden Spaltgaskühler dieser von dem Spaltofen getrennt, die vorhandene Zuführungskammer 6 mit dem alten Übergangsstück sowie ein kleiner Teil des Innenrohres 3 und des Außenrohres 4 entfernt und durch den erfindungsgemäßen Reparatur-Satz („upgrading Set”) ersetzt. Damit wird die Umbauzeit verkürzt, so dass die Anlage schnell und mit verbesserter Technik wieder verfügbar ist.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • - DE 3910630 C3 [0006, 0007]
    • - EP 718579 B1 [0008]
    • - EP 810414 B1 [0008]

Claims (4)

  1. Verbindungsstück zwischen einem Spaltrohr (1) eines Spaltofens und einem Kühlrohr (2) eines Spaltgaskühlers, wobei das Kühlrohr (2) als Doppelrohr mit einem in der Verlängerung des Spaltrohres (1) angeordneten Innenrohr (3) und einem das Innenrohr (3) unter Bildung eines Kühlzwischenraumes (5) umschließenden Außenrohr (4) ausgebildet ist und der Kühlzwischenraum (5) mit einer Zuführungskammer (6) zur Zuführung eines Kühlmediums verbunden ist und wobei mit dem Spaltrohr (1) ein Übergangsstück (14) verbunden ist, dessen Endabschnitt gabelförmig ausgebildet ist und einen Innenabschnitt (15) und einen Außenabschnitt (16) aufweist, zwischen denen eine Schicht aus einem wärmeisolierenden Material (17) eingebracht ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuführungskammer (6) mit dem Übergangstück (14) als eine Einheit ausgebildet ist, dass die Einheit vorgefertigt ist und Halbschalen (18, 19) einschließt, dass der Außenabschnitt (16) des Übergangstückes (14) koaxial zur Längsachse des Kühlrohres (2) an dem Boden (9) der Zuführungskammer (6) befestigt ist, dass in die Zuführungskammer (6) ein Innenrohrabschnitt (13) eingeschweißt ist, der aus der Zuführungskammer (6) herausragt und mit dem Innenabschnitt (15) des Übergangsstückes (14) fluchtet und dessen Dicke und Innen- bzw. Außendurchmesser denen des Innenrohres (3) entsprechen, und dass die Dicke und der Innen- bzw. Außendurchmesser der Halbschalen (18, 19) denen des Außenrohres (4) entsprechen und die axiale Länge der Halbschalen (18, 19) größer ist als der aus der Zuführungskammer (6) herausragende Teil des Innenrohrabschnittes (13).
  2. Verbindungsstück nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der aus der Zuführungskammer (6) herausragende Teil des Innenrohrabschnittes (13) auf der Außenseite mit Abstandshaltern (20) versehen ist, deren Höhe der Weite des Kühlzwischenraumes (5) innerhalb des Kühlrohres (2) entspricht.
  3. Verbindungsstück nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuführungskammer (6) aus einem massiven streifenförmigen Stück oder aus mehreren miteinander verbundenen Abschnitten (7) eines massiven streifenförmigen Stückes besteht, in das eine kreisförmige Vertiefung (8) eingebracht ist, die unter Verbleiben eines dünnen Bodens (9) des streifenförmigen Stückes einseitig geschlossen ist, und dass in den Boden (9) der Innenrohrabschnitt (13) eingeschweißt ist.
  4. Verfahren zum Verbinden eines Spaltrohres (1) eines Spaltofens mit dem Kühlrohr (2) eines Spaltgaskühlers unter Verwendung des Verbindungsstückes nach Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Übergangsstück (14) und die Zuführungskammer (6) zu einer Einheit vormontiert werden, dass der Innenrohrabschnitt (13) der Zuführungskammer (6) an das Innenrohr (3) des Kühlrohres (2) angeschweißt wird, dass die Halbschalen (18, 19) um den aus der Zuführungskammer (6) herausragenden Teil des Innenrohrabschnittes (13) angeordnet werden, dass die Halbschalen (18, 19) miteinander und an der einen Stirnseite mit dem Außenrohr (4) des Kühlrohres (2) und mit der anderen Stirnseite mit der Zuführungskammer (6) verschweißt werden und dass das Übergangsstück (14) an das Spaltrohr (1) angeschweißt wird.
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